ES2297792T3 - PROCEDURE TO DETERMINE THE ABSOLUTE ANGLE POSITION OF THE FLYWHEEL OF A VEHICUKO AUTOMOVIL. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la determinación absoluta de un ángulo de giro, en particular de la posición angular del volante de un vehículo automóvil, mediante una unidad emisora receptora que comprende una fuente de luz y una matriz lineal de sensores compuesta por numerosos elementos conversores optoelectrónicos, así como un soporte de código dispuesto de forma giratoria frente a aquella, el cual tiene un código de valores de ángulo unívoco y de una sola pista, formándose sobre la matriz lineal de sensores una imagen de un segmento continuo de la pista de código y evaluándose la señal de salida de la matriz lineal de sensores para la determinación de una palabra de código correspondiente al valor de ángulo actual, caracterizado porque la posición real de las transiciones claro/oscuro sobre la matriz lineal de sensores se compara con una curva que representa las condiciones ideales, y a partir de la distribución y de la magnitud de las desviaciones respecto de esta curva, se determinan las desviaciones debidas a las tolerancias en la construcción geométrica del dispositivo de medida.Procedure for the absolute determination of an angle of rotation, in particular of the angular position of the steering wheel of a motor vehicle, by means of a receiving transmitter unit comprising a light source and a linear array of sensors composed of numerous optoelectronic converting elements, as well as a code carrier rotatably arranged in front of that, which has a code of unique angle and single track values, forming on the linear array of sensors an image of a continuous segment of the code track and evaluating the signal output of the linear array of sensors for the determination of a code word corresponding to the current angle value, characterized in that the actual position of the light / dark transitions on the linear array of sensors is compared with a curve representing the ideal conditions , and from the distribution and the magnitude of the deviations from this curve, s and determine the deviations due to the tolerances in the geometric construction of the measuring device.
Description
Procedimiento para determinar la posición angular absoluta del volante de un vehículo automóvil.Procedure to determine the position absolute angle of the steering wheel of a motor vehicle.
La invención se refiere a un procedimiento para la determinación absoluta de un ángulo de giro, en particular de la posición angular del volante de un vehículo automóvil, mediante una unidad emisora receptora que comprende una fuente de luz y una matriz lineal de sensores compuesta por numerosos elementos conversores optoelectrónicos, así como un soporte de código dispuesto de forma giratoria frente a aquella, el cual tiene un código de valores de ángulo unívoco y de una sola pista, formándose sobre la matriz lineal de sensores una imagen de un segmento continuo del código y evaluándose la señal de salida de la matriz lineal de sensores para la determinación de una palabra de código correspondiente al valor de ángulo actual.The invention relates to a method for the absolute determination of an angle of rotation, in particular of the angular position of the steering wheel of a motor vehicle, using a receiving transmitter unit comprising a light source and a linear array of sensors composed of numerous elements optoelectronic converters, as well as a code carrier rotatably arranged in front of the one, which has a unique angle and single track value code, forming on the linear array of sensors an image of a segment Continuous code and evaluating the matrix output signal linear sensor for the determination of a code word corresponding to the current angle value.
En los vehículos automóviles se utiliza la posición angular absoluta designada como ángulo de la dirección para alimentar con este valor un sistema de control de la dinámica de la marcha. Un sistema regulador de la dinámica de la marcha de este tipo, recibe junto con el valor de ángulo de la dirección mencionado otros datos de mediciones como la velocidad de giro de las ruedas o como el giro del vehículo sobre su eje vertical. Se utilizan por un lado el valor absoluto del ángulo de la dirección y por otro la velocidad del volante, para evaluarlos mediante el sistema de control de la dinámica de la marcha junto con otros datos captados, y para utilizarlos para gobernar actuadores, por ejemplo los frenos, y/o la gestión del motor.In motor vehicles, the absolute angular position designated as steering angle to feed a dynamic control system with this value of the March. A system regulating the dynamics of gait this type, receive along with the address angle value mentioned other measurement data like the spin speed of the wheels or as the rotation of the vehicle on its vertical axis. Be they use the absolute value of the steering angle and on the other the speed of the steering wheel, to evaluate them by means of gait dynamics control system along with other data captured, and to use them to govern actuators, for example the brakes, and / or engine management.
Se conoce por el documento DE 40 22 837 A1 un sensor optoelectrónico de ángulo de la dirección adecuado para aplicar un procedimiento de este tipo. El sensor de ángulo de la dirección descrito en este procedimiento comprende una unidad de control electrónica y una unidad de sensor consistente en dos elementos dispuestos en paralelo y separados entre sí -una fuente de luz y un sensor de filas- así como un disco de código dispuesto entre la fuente de luz y el sensor de filas, el cual está fijado en rotación con el eje de la dirección. Como sensor de filas se utiliza una fila de sensores CDC. Como codificación del disco de código se prevé una espiral de Arquímedes que se extiende sobre 360º, configurada como ranura de luz. Mediante la iluminación de los correspondientes elementos convertidores del sensor de fila en una posición del volante dada, es posible conocer la posición angular efectiva del volante. La espiral de Arquímedes utilizada como codificación está configurada transcurriendo continua de modo que puede ser considerada como una codificación analógica. Sin embargo, con la misma disposición se puede leer igualmente en el disco de código una codificación digital.It is known from document DE 40 22 837 A1 a Optoelectronic steering angle sensor suitable for Apply such a procedure. The angle sensor of the address described in this procedure comprises a unit of electronic control and a sensor unit consisting of two elements arranged in parallel and separated from each other - a source of light and a row sensor - as well as a code disc arranged between the light source and the row sensor, which is set to rotation with the steering axis. As a row sensor uses a row of CDC sensors. As disk encoding of code is expected a spiral of Archimedes that extends over 360º, configured as a light slot. By lighting the corresponding row sensor converting elements in a given steering wheel position, it is possible to know the angular position Effective steering wheel. The Archimedes spiral used as coding is set up running continuously so that It can be considered as an analog coding. But nevertheless, with the same arrangement it can also be read on the disk of code a digital coding.
Se conoce por el documento DE 197 58 104 A1 un procedimiento para la determinación absoluta de un ángulo de giro según el preámbulo de la reivindicación 1. En este procedimiento conocido la señal de salida de la matriz lineal de sensores se transforma en una diferencia de contraste mediante la evaluación de las variaciones de señal más nítidas llamadas flancos. Las diferencias de contraste se decodifican mediante un microcontrolador en el que se comparan con una muestra en blanco y negro que representa la información de ángulo.It is known from document DE 197 58 104 A1 a procedure for the absolute determination of a turning angle according to the preamble of claim 1. In this procedure known the output signal of the linear array of sensors is transforms into a contrast difference by evaluating the sharpest signal variations called flanks. The contrast differences are decoded by a microcontroller in which they are compared with a black and white sample that Represents the angle information.
Este procedimiento conocido es capaz de conseguir en condiciones ideales el objetivo de determinar el valor de ángulo buscado, sin embargo en la realidad las inevitables tolerancias mecánicas del conjunto del sistema óptico por un lado, así como en particular la sustentación del soporte de código por el otro, producen desviaciones significativas en la posición de los flancos y con ello también en las diferencias de contraste derivadas. Como medidas adicionales para la compensación de estas influencias se propone en este procedimiento iluminar la codificación con dos fuentes de luz desde direcciones distintas, o bien utilizar dos matrices lineales de sensores que se iluminan con una fuente de luz. Sin embargo esto significa en ambos casos que se requiere un coste adicional de hardware.This known procedure is capable of ideally achieve the objective of determining the value of sought angle, however in reality the inevitable mechanical tolerances of the optical system assembly on the one hand, as well as in particular the support of the code support by the another, produce significant deviations in the position of the flanks and with it also in contrast differences derived. As additional measures for the compensation of these influences is proposed in this procedure to illuminate the encoding with two light sources from different directions, or well use two linear arrays of sensors that light up with A light source However, this means in both cases that Requires additional hardware cost.
Partiendo del estado de la técnica presentado, el objeto de la invención consiste en mejorar adicionalmente un procedimiento del tipo mencionado al inicio, que permita determinar las influencias de las tolerancias en especial con el fin de compensarlas a continuación sin requerir coste adicional de hardware.Starting from the state of the art presented, The object of the invention is to further improve a procedure of the type mentioned at the beginning, which allows to determine the influences of tolerances especially in order to compensate them below without requiring additional cost of hardware.
Según la invención este objeto se consigue de manera que la posición real de las transiciones claro/oscuro sobre la matriz lineal de sensores se compara con una curva que representa las condiciones ideales, y a partir de la distribución y de la magnitud de las desviaciones respecto de esta curva, se determinan las desviaciones debidas a las tolerancias en la construcción geométrica del dispositivo de medida.According to the invention this object is achieved from so that the actual position of the light / dark transitions on the linear array of sensors is compared with a curve that represents the ideal conditions, and from the distribution and the magnitude of the deviations from this curve are determined deviations due to construction tolerances Geometric measuring device.
Con ello se pueden determinar las desviaciones tanto estáticas como dinámicas debidas a las tolerancias en la construcción geométrica del dispositivo de medida, a partir de las cuales se pueden generar los valores de corrección para compensar las influencias de estas desviaciones.This can determine the deviations both static and dynamic due to tolerances in the geometric construction of the measuring device, from the which correction values can be generated to compensate the influences of these deviations.
En una realización preferida del procedimiento se determina, en una primera aproximación, un ancho de estructura mínimo medio de la imagen de la codificación sobre la matriz lineal de sensores, comparándose la posición de hecho de las transiciones claro/oscuro con un retículo de divisiones equidistantes.In a preferred embodiment of the procedure a structure width is determined in a first approximation minimum average of the coding image on the linear matrix of sensors, comparing the de facto position of the transitions light / dark with a grid of equidistant divisions.
Esta comparación de la posición de las transiciones claro/oscuro con el retículo de divisiones equidistantes se realiza preferentemente mediante una regresión lineal en la que se representan las posiciones conocidas respecto al retículo de divisiones equidistantes y se determina la recta con las menores desviaciones estándar, deduciéndose a partir de la pendiente de la recta, la medida del ancho de estructura mínimo medio de la imagen de la codificación sobre la matriz lineal de sensores, y a partir de la intersección de la recta sobre el eje, la posición geométrica de la codificación en relación con la matriz lineal de sensores.This comparison of the position of the light / dark transitions with the grid of divisions equidistant is preferably performed by regression linear in which known positions are represented with respect to to the grid of equidistant divisions and the line is determined with the smallest standard deviations, deducting from the slope of the line, the measure of the minimum structure width middle of the coding image on the linear matrix of sensors, and from the intersection of the line on the axis, the geometric position of the coding in relation to the matrix linear sensors.
La subreivindicaciones comprenden otras ventajas y realizaciones de la invención, así como la descripción del ejemplo de realización que sigue a continuación.The subclaims comprise other advantages and embodiments of the invention, as well as the description of the example of realization that follows.
En el presente ejemplo de realización se parte de una disposición de sensor de ángulo, en el que un soporte de código que tiene una pista de código representando una codificación digital de los valores de ángulo, está fijado de forma giratoria frente a una unidad emisora-receptora optoelectrónica. La pista de código presenta una codificación unívoca de los valores de ángulo de 0 a 360º, y el receptor de la unidad emisora-receptora está formado por un sensor de fila recta formado por numerosos fotodiodos, llamado matriz lineal de fotodiodos (PDA). En el presente ejemplo se utiliza una PDA que tiene 128 fotodiodos individuales, llamados también Píxeles. Esta PDA se ilumina mediante un emisor de luz asociado o un diodo emisor de luz (LED) a través del soporte de código que contiene la codificación. La codificación se realiza por ejemplo mediante una sucesión de perforaciones que dejan pasar la luz en un soporte de código que es de un material opaco. En el caso de que la iluminación de la codificación sea radial, ésta se realiza como una pista que rodea la superficie de una camisa cilíndrica, y en el caso de una iluminación axial como una pista en forma de anilla circular de radio medio constante sobre un disco de código.In the present exemplary embodiment, part of an angle sensor arrangement, in which a support of code that has a code track representing an encoding digital angle values, is rotatably set in front of a sender-receiver unit Optoelectronics The code track has an encoding univocal of the angle values from 0 to 360º, and the receiver of the transmitter-receiver unit consists of a sensor straight row formed by numerous photodiodes, called matrix linear photodiode (PDA). In the present example a PDA that has 128 individual photodiodes, also called Pixels. This PDA is illuminated by an associated light emitter or diode light emitter (LED) through the code holder containing the coding. The coding is done for example by means of a succession of perforations that let light through a support of code that is of an opaque material. In the event that the lighting of the coding is radial, this is done as a clue that surrounds the surface of a cylindrical jacket, and in the case of a axial lighting as a circular ring-shaped track of medium constant radius on a code disk.
Mediante la iluminación a través de esta codificación se forma sobre la PDA una distribución de luz que representa la posición angular correspondiente. Según la resolución deseada para la codificación de ángulo, así como de las circunstancias geométricas particulares, se obtiene un ancho de estructura mínimo de la imagen de la codificación en la PDA. Así se designa la distancia más corta entre dos transiciones claro-oscuro de la distribución de luz sobre la PDA, que en el ejemplo de realización considerado corresponde a una distancia angular de aproximadamente un grado en el soporte de código, es decir una distancia de unos 10 píxeles en la PDA.By lighting through this coding is formed on the PDA a light distribution that represents the corresponding angular position. According to the resolution desired for angle coding as well as of the particular geometric circumstances, you get a width of minimum structure of the coding image in the PDA. Thus designates the shortest distance between two transitions light-dark of the light distribution on the PDA, which in the example of embodiment considered corresponds to a angular distance of approximately one degree in the support of code, that is, a distance of about 10 pixels on the PDA.
El hecho de que la codificación forme una pista curvada, pero que se proyecte sobre una fila de sensores recta, en el caso de un ancho de estructura mínimo real constante de la codificación en el soporte de código, el cual se obtiene mediante el desarrollo de la pista curvada sobre el soporte de código en la dirección de la circunferencia, tiene como efecto una variación sistemática del ancho de estructura mínimo efectivo de la imagen sobre la fila de sensores recta que depende de la posición sobre ésta. Mientras que con una codificación que se ensanchase linealmente el ancho de estructura mínimo de la imagen sobre la fila de sensores sería constante, el efecto de la pista de código curvada se manifiesta de manera que el ancho de estructura mínimo de la imagen, tiene un valor mínimo en el centro de la PDA en el caso de condiciones geométricas ideales, y aumenta hacia los bordes de la PDA. Cada desviación de la construcción respecto de la configuración geométrica ideal da lugar a un cambio en el recorrido de esta desviación sistemática. El procedimiento según la invención hace uso de este hecho, pues permite deducir a partir de la naturaleza y el tamaño de esta variación de la desviación, las tolerancias que las causan, así como aplicar las correcciones correspondientes.The fact that coding forms a clue curved, but projected onto a straight sensor row, in the case of a constant real minimum structure width of the coding in the code carrier, which is obtained by the development of the curved track on the code support in the direction of the circumference, has the effect of a variation Systematic minimum effective structure width of the image on the straight sensor row that depends on the position on is. While with an encoding that widens linearly the minimum structure width of the image above the row of sensors would be constant, the code track effect curved is manifested so that the minimum structure width of the image has a minimum value in the center of the PDA in the case of ideal geometric conditions, and increases towards the edges of the PDA. Each deviation of the construction from the Ideal geometric configuration results in a change in travel of this systematic deviation. The process according to the invention makes use of this fact, because it allows deducing from the nature and size of this variation of the deviation, the tolerances that cause them, as well as applying the corrections corresponding.
La señal de salida de la PDA generada por la distribución de luz constituye el punto de partida del presente procedimiento por el que se determina la información sobre el ángulo a partir de esta señal de salida.The PDA output signal generated by the light distribution constitutes the starting point of the present procedure by which the information about the angle is determined from this output signal.
Para ello se determina en primer lugar la posición de las transiciones claro-oscuro en la distribución de luz sobre la PDA. Esto puede realizarse por ejemplo mediante la detección de los flancos presentes en la señal, tal como se describe en los procedimientos conocidos, o bien mediante un procedimiento de correlación de una o de varias etapas, por el que la señal de salida de la PDA se correlaciona mediante una operación de convolución con una señal de referencia.To do this, the position of the light-dark transitions in the light distribution on the PDA. This can be done for example by detecting the flanks present in the signal, such as it is described in the known procedures, or by means of a correlation procedure of one or several stages, by which the PDA output signal is correlated by an operation of convolution with a reference signal.
En el procedimiento de correlación mencionado, la señal de la PDA que junto con la información deseada puede contener también diversas perturbaciones, se convoluciona con una función de filtro en un filtro de correlación, que permite reconstruir la muestra claro-oscuro de la señal de la PDA y determinar su posición respecto de la PDA. La función de filtro utilizada para ello es una curva de señal de referencia que representa bien la sucesión de código completa sobre 360º, o bien un fragmento relativamente pequeño del mismo. Un fragmento de este tipo puede ser por ejemplo una función de escalón o una función de salto, que tiene el punto de señal en el centro de una transición claro-oscuro en el correspondiente menor ancho. El resultado de este filtrado es en cada caso una función de correlación que en sus pronunciados extremos contiene la información sobre la secuencia de las transiciones claro-oscuro, así como su posición respecto de la PDA.In the aforementioned correlation procedure, the PDA signal that together with the desired information can also contain various disturbances, it is convolved with a filter function in a correlation filter, which allows reconstruct the light-dark sign of the signal the PDA and determine its position with respect to the PDA. The function of filter used for this is a reference signal curve that It represents either the complete code sequence over 360º, or a relatively small fragment thereof. A fragment of this type can be for example a step function or a function of jump, which has the signal point at the center of a transition light-dark in the corresponding smaller width. He The result of this filtering is in each case a function of correlation that at its pronounced extremes contains the information about the sequence of light-dark transitions, as well as its position on the PDA.
Las posiciones de las transiciones claro-oscuro sobre la PDA conocidas de este modo contienen simultáneamente la información sobre el ya mencionado ancho de estructura mínimo efectivo de la imagen de la codificación sobre la PDA, como sobre su recorrido en función de la posición sobre la PDA.The positions of the transitions light-dark on the PDA known in this way simultaneously contain information about the aforementioned minimum effective structure width of the encoding image on the PDA, as on its route depending on the position About the PDA.
Debido al tipo de codificación, en el caso de una codificación lineal, la distancia entre dos transiciones sucesivas claro-oscuro debería corresponderse con un múltiplo del ancho de estructura mínimo de la imagen sobre la PDA. También es así en el caso de codificación en un pista curvada, a pesar de la desviación sistemática ya descrita por lo menos de modo aproximado, de manera que una estimación que se deduzca de esta suposición significa una buena aproximación, a partir de la cual se puede realizar un afinado del resultado.Due to the type of coding, in the case of a linear coding, the distance between two transitions successive light-dark should correspond to a multiple of the minimum structure width of the image on the PDA. This is also the case in the case of coding on a curved track, to despite the systematic deviation already described at least so approximate, so that an estimate is deduced from this assumption means a good approximation, from which it You can fine tune the result.
En el procedimiento según la invención se utiliza la circunstancia, de que se adapta un retículo con divisiones equidistantes aunque variables a la sucesión de transiciones claro-oscuro. Esto puede realizarse por ejemplo con la ayuda de una regresión lineal, en la que las posiciones conocidas se refieren a un retículo con divisiones equidistantes y se determina la recta de regresión mediante el procedimiento del error cuadrático. La pendiente de la recta ajustada proporciona la medida buscada para el ancho de estructura mínima medio que mejor representa las circunstancia reales.In the process according to the invention, use the circumstance, that a reticulum adapts with equidistant divisions although variable to the succession of light-dark transitions. This can be done by example with the help of a linear regression, in which the known positions refer to a grid with divisions equidistant and the regression line is determined by quadratic error procedure. The slope of the line adjusted provides the measure sought for the structure width minimum average that best represents the real circumstances.
Además la intersección con el eje de esta recta reproduce la posición geométrica del código respecto de la PDA. Aquí debe mencionarse que para la determinación de esta posición no se ha recurrido a ningún flanco, tal como es el caso en los procedimientos conocidos del estado de la técnica. La posición del código respecto de la PDA se obtiene aquí más bien a partir del conjunto de la información de la señal de la PDA, de manera que la información representa un valor estadístico con una precisión por debajo del píxel.Also the intersection with the axis of this line reproduces the geometric position of the code with respect to the PDA. Here it should be mentioned that for the determination of this position no no flank has been used, as is the case in known procedures of the prior art. The position of code regarding the PDA is obtained here rather from the set of the PDA signal information, so that the information represents a statistical value with an accuracy by below the pixel
En el caso ideal de una construcción libre de tolerancias geométricas con una codificación lineal, todas las transiciones claro oscuro se encontrarían sobre la recta determinada y a lo largo de toda la codificación, apareciendo desviaciones estadísticas, es decir distribuidas sin regla respecto de esta recta.In the ideal case of a construction free of geometric tolerances with linear coding, all dark light transitions would be found on the determined line and throughout the entire coding, deviations appearing statistics, that is distributed without a rule regarding this straight.
En el caso ideal de una construcción geométrica sin tolerancias con una codificación curvada todas las transiciones claro-oscuro se encontrarían sobre una curva de forma aproximadamente parabólica, alrededor de la recta determinada, que tiene un mínimo en el centro de la PDA, apareciendo también desviaciones estadísticas, es decir distribuidas sin regla, de esta curva.In the ideal case of a geometric construction no tolerances with a curved coding all transitions light-dark would be on a curve of approximately parabolic shape, around the determined line, which has a minimum in the center of the PDA, also appearing statistical deviations, ie distributed without rule, of this curve.
En la realidad se producen desplazamientos radiales y tangenciales entre la codificación y la PDA, debidos especialmente a tolerancias del eje o de la fijación del soporte de código, debido a errores en la impresión del código, o por inclinación y/o desplazamiento de la PDA. Con motivo de estas desviaciones respecto de las condiciones ideales supuestas anteriormente, se producen desviaciones en la posición de las transiciones claro-oscuro respecto de la curva ideal, a partir de las cuales se puede reconocer claramente el tipo de desviación así como las medidas correctivas correspondientes.In reality displacements occur radial and tangential between coding and PDA, due especially at tolerances of the shaft or of the fixing of the support of code, due to errors in code printing, or by inclination and / or displacement of the PDA. On the occasion of these deviations from the supposed ideal conditions previously, deviations in the position of the light-dark transitions with respect to the curve ideal, from which you can clearly recognize the type deviation as well as the corresponding corrective measures.
Así por ejemplo, los errores de distancia entre el eje de giro del soporte de código y la PDA se manifiesta en una variación de la curvatura de la curva, dando lugar una mayor distancia a una menor curvatura y una menor distancia a una mayor curvatura de la curva. Por lo tanto, a partir de la curvatura de la curva se puede deducir la desviación radial de la fijación.So for example, the distance errors between the axis of rotation of the code holder and the PDA is manifested in a variation of the curvature of the curve, resulting in greater distance at a lower curvature and a smaller distance at a greater curvature of the curve. Therefore, from the curvature of the curve can be deduced the radial deviation of the fixation.
Los desplazamientos tangenciales, es decir laterales de la PDA respecto de la posición ideal dan lugar a un desplazamiento del mínimo de la curva respecto del centro hacia uno u otro extremo de la PDA.Tangential displacements, that is sides of the PDA with respect to the ideal position give rise to a shift of the minimum of the curve with respect to the center towards one or other end of the PDA.
Estas y otras desviaciones combinadas respecto de la posición ideal pueden determinarse a partir del recorrido de la curva y pueden ser compensadas mediante las correcciones correspondientes. En esto pueden tomarse en cuenta tanto las desviaciones estáticas condicionadas por la construcción, como las desviaciones dinámicas, es decir, que varían a lo largo del movimiento del soporte de código.These and other combined deviations from of the ideal position can be determined from the path of the curve and can be compensated by corrections corresponding. In this, both the static deviations conditioned by construction, such as dynamic deviations, that is, they vary throughout the code support movement.
Para ello con cada cálculo de ángulo se determina periódicamente el error de posición entre el soporte de código y la PDA en forma de vector, es decir un valor y una dirección, y se convierte en una corrección del valor de ángulo, con la cual se corrige el ángulo medido antes de su salida hacia los dispositivos de control dispuestos a continuación o de su proceso en los mismos.To do this with each angle calculation you periodically determines the position error between the support of code and the PDA in the form of a vector, that is a value and a direction, and becomes a correction of the angle value, with which corrects the angle measured before departure to the control devices arranged below or their process in the same.
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